CCTD中国煤炭市场网 |  2022-08-14 23:59 星期日
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煤矿智能化建设:全面推进 重点突破

  煤矿智能化建设已成为行业内一项具有高度共识、颇具市场活力、企业积极拥护的创新型工作。刚刚过去的2021年,煤炭企事业单位智能化建设不断“提速、加码”。目前,煤矿智能化建设取得了哪些重大进展,仍有哪些难题待解,下一步如何突破?本报记者近期进行了采访、梳理。
  全面推进,重点煤企智能化建设成效显著
  据国家能源局日前举办的新闻发布会消息,初步统计,全国有近400处煤矿正在开展智能化建设,总投资规模超过1000亿元,已完成投资约470亿元,建成智能化采掘工作面687个。“少人巡视,无人操作”智能采煤工作面迈向常态化应用,减人增安提效的效果日益显现,智能化煤矿在去冬今春煤炭安全增产增供中发挥了重要作用。
  在生产煤矿总计4000多处的情况下,正在推进智能化建设的煤矿有近400处,占到了约十分之一。而在这近400处煤矿中,大型企业、大型煤矿的智能化建设起到了良好的示范作用。
  国家能源集团煤炭与运输产业管理部副主任尤文顺介绍,国家能源集团已掌握5类智能采煤、5类智能掘进、3类卡车无人驾驶、5类机器人等关键核心技术,应用机器人200余台(套),替代800余名操作人员;已建成智能化采煤工作面41处,智能掘进工作面25处、智能选煤厂41处。
  中煤能源集团建成220余个智能化辅助生产系统,自主研发的智能井筒巡检机器人、智能喷浆机器人等在王家岭煤矿等8处煤矿应用。
  晋能控股集团已建成43个井下无人值守变电所、10个无人值守水泵房,20部带式输送机实现了集中控制,5处煤矿应用了智能巡检或捡矸机器人。
  山东能源集团投入63亿元实施智能化建设,建成133个智能化采掘工作面、24个5G+智能矿山应用场景,9处首批国家级智能化示范矿井具备验收条件。金鸡滩煤矿建成国内一流的智能化综放工作面,日产煤炭5万吨以上,而单班人数只有80人左右,采煤工作面只有5人。
  陕煤集团所属煤矿13类792个生产辅助系统全面实现智能集控,自动化控制率达到100%,累计完成巡检机器人、选矸机器人、管路拆卸安装和气体移动监测机器人等不同类型机器人的应用实践。
  露天煤矿是我国煤炭生产体系的重要组成部分。在井工煤矿加快智能化建设的同时,2021年露天煤矿的智能化建设也明显提速。
  目前,我国露天煤矿总计约450余处,总产能近10万吨/年。据了解,我国约有95%的露天煤矿采用单斗—卡车工艺。在露天煤矿的生产成本中,卡车运输环节约占60%;卡车运输环节占劳动定员的45%左右,占用了大量的人力。从安全的角度来看,我国露天煤矿的卡车运输环节事故起数占总事故起数的60%以上。因此,目前露天煤矿智能化建设一般围绕矿用卡车开展,比如矿用卡车无人驾驶等。
  中煤集团将“东露天矿智能化建设关键技术与工程示范”列为重大科技专项进行重点攻关。2021年以来,中煤集团加大力度推进矿用卡车无人驾驶编组研究。2021年11月,中煤集团在平朔东露天煤矿采用国内领先的智能感知系统、深度融合激光雷达、毫米波雷达、北斗定位等多种感知技术,对复杂环境机群设备的三维高精定位、系统仿真及测试、矿山决策指挥系统、作业设备感知以及智能控制技术进行深入研究,实现了车铲对位、自主导航、自主卸载、主动避障、复杂路况无人驾驶以及指定区域精准卸载等。
  其他企业也在积极探索矿用卡车无人驾驶。国家能源集团准能公司黑岱沟露天煤矿实现多台无人驾驶矿用卡车与电铲多工作面同时编组运行作业。宝日席勒露天煤矿完成极寒型复杂气候环境露天煤矿无人驾驶卡车编组安全示范工程评审和科技成果鉴定。国家电投集团白音华露天煤矿完成2个编组、12台无人驾驶宽体自卸车联合试运转。华能集团伊敏煤电公司实现无安全员情况下的有人驾驶车辆与无人驾驶车辆混编作业。
  除了矿用卡车无人驾驶,中煤平朔公司也在探索钻机的无人值守。“以前一台钻机1个班需要2名司机在现场,4个班就需要8名司机。我们要实现远程值守,将来职工在调度室工作,1个人就可控制三五台钻机。”中煤平朔公司生产技术管理中心主任陈再明介绍,中煤平朔公司的智能化探索基于生产现场实际,看着也许不那么酷炫,但可以实实在在地“改善职工作业环境”。
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中煤平朔集团露天煤矿电铲卡车联合作业
  啃下“硬骨头”,智能化建设场景更加丰富
  从经济效益和实际的角度,煤矿智能化建设一般从条件较好的采煤工作面开始。掘进、条件相对复杂工作面则是更难啃的“硬骨头”。2021年的煤矿智能化建设,在这些“硬骨头”方面也取得了不少新进展。
  掘进速度慢一直是影响矿井采掘接续的重要因素。掘进环境更加复杂,岩石更硬,智能化建设的难度也更大。
  陕西煤业总经理王世斌介绍,从2018年起,陕煤集团就着力突破掘进效率低、安全保障不足、劳动用工多等难题。经过不懈努力,目前,陕煤集团累计建设应用了全断面掘锚一体机、护盾式智能快速掘进机器人、悬臂式掘锚护一体机、综掘机+钻锚平台等四大类快掘系统50套。
  全断面掘锚一体机快掘系统率先在榆北曹家滩煤矿研发应用,创造了日进尺91米、月进尺2020米的记录。目前,该系统已在陕煤集团15处煤矿进行定制化推广应用,均突破所在矿区进尺最高水平。
  护盾式智能快速掘进机器人系统在小保当一号煤矿应用以来,已完成1条6000米顺槽掘进,在煤层夹矸厚度达1.8米的情况下,月进尺最高达1052米。
  在条件复杂的关中和彬黄矿区,陕煤集团重点针对支护环节用时长、强度大、效率低等问题,研发形成了悬臂式掘锚护一体机和综掘机+钻锚平台两类快速掘进作业模式,实现分次、集中、高效支护作业,相比常规掘进,效率可提高30%以上。
  据了解,陕煤集团所属36处生产矿井的掘进工作面个数由283个减少至170个,综合单进水平由252米/个/月提高至348米/个/月,单班作业人数由15人至20人,减至8人至10人,掘进装备水平和效率显著提升。
  浅埋深坚硬薄煤层智能开采关键技术与工程示范也是我国2021年煤矿智能化重大进展之一。
  陕西是目前我国煤炭主产区之一。而陕北地区煤田从0.5米的极薄煤层到10米以上的特厚煤层均有赋存。矿区的可采煤层有7层,其中1.3米以下薄煤层资源约占总储量的20%,硬度为f4左右。薄煤层空间有限,煤机功率受到限制,现有薄煤层装备难以满足矿区协调开采和生产接续的需要。
  “浅埋深坚硬薄煤层协调开采面临着成套装备小尺寸与大功率、大适应范围和高可靠性要求之间的矛盾。”陕西有色金属控股集团副总经理吴群英介绍。
  针对这些问题,陕煤集团张家峁矿业公司、中国煤炭科工集团开采研究院有限公司等就浅埋深坚硬薄煤层智能开采关键技术与工程示范进行联合攻关。
  项目首创坚硬薄煤层开采装备群配套新模式与快速开采新工艺,机面高度由855毫米降低至739毫米,实现了坚硬薄煤层1.1米的最低采高,割煤速度最高达14米/分;采用了采煤机半悬机身、全悬截割部新结构,研发出高适应高可靠性薄煤层开采成套装备;构建了基于地质建模、煤岩分界、工作面调直和路径规划决策控制的坚硬薄煤层“预测—修正—执行”智能化开采技术路径。
  吴群英介绍,该项目实现了陕北侏罗纪1.1米至1.3米浅埋深坚硬薄煤层安全高效开采,生产效率提高20%,工作面内无人操作,最高日产能从不足700吨提升至超过3000吨,创造直接经济效益9亿元以上。该项目也获得2021年度中国煤炭工业协会科学技术奖特等奖。
  2021年,千米深井超长工作面智能化开采也取得关键性突破。
  中国煤炭科工集团开采研究院科创中心副主任任怀伟介绍,煤矿千米深井高应力、强采动、大变形,开采效率低。千米深井超长工作面智能化开采研发项目在中煤集团新集公司口孜东煤矿首次实现了350米超长工作面6.5米以上大采高安全高效智能开采。该工作面每天割煤5刀至8刀,平均采高5.5米,最大采高6.5米,装备监测监控可靠性、适应性和自动化水平显著提高,推进期间工作面工效提升了38.28%。
  啃下一块块“硬骨头”,我国煤矿智能化建设的应用场景也逐渐丰富起来。
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安装矿鸿操作系统的巡检机器人
  打破数据孤岛,建立标准体系
  智能化建设是一项系统工程,不仅体现在直接生产上,也体现在大数据应用、系统集成上。
  “智能化建设过程中面临的数据规范、数据挖掘、数据孤岛等瓶颈问题尚未根本解决。”中国煤炭科工集团副总经理刘见中表示,企业内部数据繁多,外部数据难以打通,无法形成数据产业生态。
  为推进新技术与煤炭工业融合,2021年10月26日,煤炭行业“煤智云”大数据中心建设项目启动。该项目由中国煤炭工业协会发起,中国煤炭科工集团牵头,联合行业内外优势资源共同打造。煤炭行业“煤智云”大数据中心包含基础设施层、平台支撑层、智能应用层、运营运维体系等六大模块,围绕煤矿和矿区生产运营的采集、传输、存储、建模、分析、可视化等全过程的数据价值利用,旨在构建数据产业结构、建立行业标准体系、打通信息交互链条。
  企业层面,2021年,国家能源集团携手华为公司推出矿鸿操作系统。
  “一台国产采煤机使用操作系统3种、通信协议3种、芯片161种,全部为进口。”国家能源集团神东煤炭公司副总经理贺海涛说,主控器、显示器、交换机、保护器使用不同的操作系统,不同的核心控制单元之间需要不同的通信协议,不同协议之间转换耗时费力,严重制约煤矿智能化建设。
  矿鸿操作系统统一数据入口、统一协议与数据标准,成了不同设备之间、不同应用之间、不同操作系统之间的“万能语言”,为后续数据应用与价值挖掘打下基础。
  目前,矿鸿操作系统已在神东煤炭集团4处矿厂、6个场景应用,适配20种设备、398个应用单元。
  陈再明介绍,中煤平朔公司也在加快建设露天煤矿信息化基础系统,即“五个一”。包含地下、地面所有地理地质信息的一张图,由5G、4G、光纤等构成的互联互通的一张网,可控制采剥、洗选、外运、装车的一个生产平台,一个安全监控平台以及包含所有数据的一朵云。
  标准体系建设是煤矿智能化建设的重要保障。中国煤炭工业协会科技发展部副主任张建明介绍,2021年行业持续完善煤矿智能化标准体系,在智能化综采工作面、煤矿5G通信、煤矿机器人、露天煤矿无人驾驶等方面启动了标准制定工作,全年发布、立项煤矿智能化相关标准达100项,包括发布能源行业标准5项,立项能源行业标准14项,立项中国煤炭工业协会团体标准22项,立项中国煤炭学会团体标准51项、中国煤炭加工利用协会团体标准8项。
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晋能控股煤业集团塔山煤矿与网格化安全管理模式双向补充的矿山云图——智能决策平台
  前路漫漫,关键核心技术仍需突破
  全行业推进智能化建设的热情高涨,取得的成果丰硕,但煤矿智能化建设仍处在初级阶段,仍存在各种问题。
  国家矿山安全监察局安全基础司司长孙庆国认为,目前煤矿智能化建设还存在三方面问题。一是关键核心技术仍需突破,比如煤岩识别、高可靠智能传感器、支护自动化等技术。二是重大装备研发生产能力有待进一步提高,矿山装备原始创新能力不足,特别是露天采矿使用的大型装备不少依赖进口。三是标准、规范建设仍需推进,智能化设备接口不够统一。
  山东能源集团党委书记、董事长李伟同样表示,目前煤矿智能化建设的一些核心技术仍需突破,比如煤岩识别等。地面的智能化水平尚处于初级阶段,相关技术要应用到井下,还需解决匹配、融合的问题。
  对于下一步煤矿智能化建设,国家能源局煤炭司司长鲁俊岭表示,应重点抓好典型示范,复制推广先进理念和有效经验模式;强化创新,组织一批技术先进、经济适用的高新技术装备进行推广应用;加强监督管理和协调联动,共同做好煤矿智能化建设。
  孙庆国建议,深化系统观念,实现互联互通;加强科技攻关,提高成套装备的国产化水平和煤机装备制造能力;加强数据标准化建设,形成标准体系;通过校企联合,加强智能化人才培养。
  煤炭企业也充分认识到智能化建设仍处于初级阶段的现实,全力推进智能化建设。
  刘见中介绍,为推进煤炭行业“煤智云”大数据中心建设,中国煤炭科工集团牵头成立了院士、首席科学家负责的专项工作组和建设运营团队,计划2年内完成建设任务,确保2023年上线运行。
  尤文顺表示,国家能源集团全力全域全速推进煤矿智能化建设,力争在2022年实现“五个100%”(采煤工作面100%智能化、掘进工作面100%智能化、选煤厂100%智能化、固定岗位100%无人值守、煤矿智能化技术以及建设100%覆盖),2025年煤矿全部实现智能化,2035年建成神东、宁煤、准能3个智能矿区。
  日前,国家能源集团印发文件,对在智能化建设中表现优异的煤矿按等级给予80万元、100万元以及120万元的奖惩,将煤矿智能化完成情况与子分公司绩效挂钩,严格考核,激发职工智能化建设的热情。
  “展望2022年,对煤矿智能化的认识将更加统一,智能化煤矿系统架构更加清晰,煤矿数字化基础进一步夯实,顶层数据治理结构进一步完善,数据采集与传输、数据存储、数据服务、数据信息安全等进一步规范。”中国工程院院士、中国煤炭科工集团首席科学家王国法说。
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神东煤炭集团哈拉沟煤矿成立大学生智能化采煤班创新工作室,为大学生提供创新平台

发布人:CCTD-周杰

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